§ 2. Точность изготовления деталей

Взаимозаменяемость и стандартизация. Взаимозаме­няемость — принцип конструирования и производства дета­лей, обеспечивающий правильную сборку и замену при ремонте независимо изготовленных деталей и узлов без до­полнительной их обработки с соблюдением требований ка­чества и экономичности ¹.

¹ Предложен и реализован впервые в конце XIX в. в производстве винтовок.

Взаимозаменяемость имеет народнохозяйственное значение, она позволяет повысить производительность сборки, удеше­вить производство изделий, обеспечить производство запасных частей и узкую специализацию производства, кооперирова­ние производств и получить другие положительные эффекты. Взаимозаменяемость деталей и узлов может быть полной и неполной. В последнем случае правильное соединение де­талей и узлов обеспечивается лишь для их части, изготов­ленной с высокой (надлежащей) точностью. Другую часть деталей, изготовленных менее точно, собирают путем под­бора, с использованием компенсаторов и различных техно­логических средств.

Для обеспечения взаимозаменяемости деталей, узлов и ком­плексов и упорядочения их производства в масштабах пред­приятия, отрасли, республики, страны, группы стран существу­ют стандарты: предприятия — СТП, отрасли — ОСТ, государ­ственные - ГОСТ, СЭВ - СТ СЭВ, международные - МС. Их соблюдение является обязательным на всех этапах производ­ства, сбыта и эксплуатации изделий.

Размеры. Геометрические параметры деталей количественно оценивают размерами. Размеры, проставляемые на чертежах деталей или соединений, называют номинальными. Их получают из расчетов или принимают из конструктивных соображений и округляют до ближайшего из ряда по ГОСТ 6636 — 69 «Нормальные линейные размеры».

При изготовлении деталей действительный размер лишь случайно может совпасть с заданным, так как большое число факторов (неточности изготовления инструментов, оборудова­ния) влияет на точность и неизбежно приводит к появлению погрешностей обработки (в размерах и форме деталей). При этом под точностью понимают близость результатов изготовления предписанным значениям.

Количественные меры точ­ности — погрешности — представляют собой разности получен­ных и предписанных значений того или иного размера.

Установлено, что для обеспечения правильной сборки и нор­мальной работы детали могут иметь некоторое рассеяние размеров относительно номинальных значений. Экономически целесообразные предельные отклонения размеров деталей определяются единой системой допусков и посадок, уста­новленной ГОСТ 25347-82 и ГОСТ 25346-82.

Рис. 17.1. Предельные размеры отверстия и вала, определяющие поля допусков

Допуски. Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами называют допуском. На рис. 17.1 в качестве примера показаны совмещенные по образующей цилиндрические отверстия (а) и валы (б) с номинальными и предельными величинами диаметров. ГОСТ 25346 — 82 ус­тановлены следующие обозначения: допуск размера IT=d _max - d_min; верхнее отклонение вала es = d _max — d (для отверстия ES); нижнее отклонение вала ei =

d _min — d (для отверстия EI);

Величины отклонений могут быть положительными и от­рицательными (первые откладываются вверх, а вторые — вниз от нулевой линии при схематическом изображении поля допуска). Расположение поля допуска относительно нулевой линии принято обозначать буквой (или двумя буквами) ла­тинского алфавита — прописной для отверстий и строчной для валов (например, Н9, J_S8, h8, J,7 и т. д.).

При увеличении допуска на размер требования к точности снижаются и деталь в изготовлении будет более простой и дешевой. При одном и том же допуске деталь большего размера изготовить сложнее, чем деталь меньшего размера. Поэтому величину допуска IT назначают в зависимости от диаметра, вводя единицу допуска i = 0,45+ 0,001d, мкм, (здесь d в мм), и IT= ai.

В зависимости от числа а единиц допуска i в допуске IT стандартом установлено 19 квалитетов (классов) точности: 01, 0, 1, 2, 3, 4, ' 5, ..., 17. При этом допуски в квалитетах 01, ..., 4 предназначены для концевых мер длины, калибров, измерительных инструментов и др.; квалитеты 5, ..., 13 дают допуски для сопрягаемых размеров деталей, а в квалитетах 14,..., 17 даются допуски для несопрягаемых (свобод­ных) размеров.

Величины верхнего и нижнего предельных отклонений указываются на чертежах тремя способами:

1. Числовыми значениями предельных отклонений; указываются мелкими цифрами (мм) за номинальным размером; отклонения, равные нулю, не проставляются. Отклонения мо­гут иметь одинаковые или разные знаки, например: или

2. Условным обозначением поля допуска, состоящим из буквы и цифры, обозначающей квалитет; например, 12e8,20h10.

3. Одновременным указанием поля допуска и цифровыхзначений отклонений (в скобках), например,

12e8( ) ,20h10_(-0.084)

Характер сопряжения (посадки) двух соосных цилиндри­ческих деталей (охватываемой — вала и охватывающей — от­верстия) зависит от их действительных размеров, т. е. по­садка образуется сочетанием полей допусков вала и отверстия. Если диаметр отверстия больше диаметра вала, то в соеди­нении между ними будет зазор (положительная разность диаметров), обеспечивающий свободное осевое и окружное перемещение одной детали относительно другой. Если раз­мер отверстия меньше размера вала (отрицательная раз­ность размеров), то в соединении образуется натяг.

Рис. 17.2. Предельные размеры отверстия и вала, определяющие поля допусков

Существуют две системы образования посадок: система отверстия и система вала.

В основе системы отверстия лежит независимость размера отверстия от вида посадки, т. е. предельные отклонения данного размера отверстия одинаковы для всех посадок. Различные посадки создаются путем изменения предельных отклонений размеров вала. Отверстие в этой системе на­зывают основным, его поле допуска обозначают буквой Н. Нижнее отклонение размера основного отверстия равно нулю, и поле допуска располагается «в тело» охватывающей де­тали (рис. 17.2, а).

В посадках могут сочетаться поля допусков отверстия и вала одинаковых или разных квалитетов (обычно боль­ший допуск относят к отверстию).

Посадки в системе отверстия обозначаются последователь­ным написанием номинального диаметра соединения и обозна­чений полей допусков сначала отверстия, а затем вала,

например, Ø40H7/s6, или 40H7 - s6, или 40

При образовании посадок в системе вала принимают, что размер вала не зависит от вида посадки, а различ­ные посадки получают за счет изменения предельных от­клонений отверстий (рис. 17.2, б). Поле допуска вала — основ­ной детали в этой системе — обозначается буквой h. Посадки на чертежах обозначаются в той же последовательности,

например, Ø 40P7/h6, 40P7 - h6, или 40

Система отверстия более распространена в машиностро­ении, так как при ее использовании сокращается ассортимент требуемых инструментов для обработки отверстий.

Все посадки в обеих системах разделяют на три группы: подвижные, неподвижные (прессовые или с натягом) и пере­ходные.

Подвижные посадки (посадки с зазором, см. рис. 17.2, поля допусков 1) применяют в подвижных соединениях (подшипниках скольжения, а также соединениях, подвергаемых частойразборке и сборке).

Неподвижные посадки (посадки с натягом или прессовые, см. рис. 17.2, поля допусков 3) применяют для непод­вижного соединения деталей без дополнительного крепления (см. гл. 31).

Переходные посадки — посадки, которые в зависимости от соотношения действительных размеров отверстия и вала могут быть как с зазором, так и с натягом (см. рис. 17.2, поля допусков 2). Их применяют для центрирования сопрягаемых деталей путем неподвижного соединения с дополнительным креплением шпонками, винтами, штифтами.

Посадки назначают из расчета (см. гл. 31) или накоп­ленного в промышленности опыта. Наиболее часто употреб­ляются следующие посадки:

а) подвижные: Н9//9, Н7//7, H7/g6, H8/h6, H7/h6 и др.;

б) переходные: H7/j_s6, H7/k6, Н7/п6 и др.;

в) неподвижные: Н7/р6, H7/r6, H7/s6, H8/e8 и др.

Точность геометрической формы деталей. Точность деталей по геометрическим параметрам характеризуется не только отклонениями размеров, но и отклонениями поверхностей (табл. 17.1). При этом отклонение поверхностей определяется отклонениями формы поверхностей, отклонениями расположе­ния поверхностей, волнистостью и шероховатостью.

а) Рис. 17.3. Отклонения формы плоских сопрягаемых поверхностей

Отклонения формыплоских поверхностей. Отклонение фор­мы сопрягаемых поверхностей выражаются в непрямолиней­ности и неплоскостности. Оценку и нормирование отклонений формы производят путем сравнения формы и расположения реальной поверхности и прилегающей (базовой или идеаль­ной) поверхности. Под непрямолинейностью понимают от­клонение от прямой линии (в прилегающей плоскости) про­филя сечения реальной поверхности плоскостью, нормаль­ной к ней, в заданном направлении (рис. 17.3, а).

Таблица 17.1. Знаки условного обозначения допусков формы и расположения поверхностей

Знак

Допуск

Формы

Цилиндричности

Плоскостности

Формы заданного профиля

Круглости

Профиля продольного сечения цилиндрической поверхности

П рямолинейности

Параллельности

Перпендикулярности

Наклона

Соосности

Симметричности

Оси плоскости симметрии (позиционный)

Пересечения осей

Полного радиального или торцового биения

Биения радиального, торцового или в заданном направ­лении

Рис. 17.4. Отклонение формы цилиндрических поверхностей в продольном сечении:

а — бочкообразность; б — седлообразность;, в — изогнутость; г — конусообразность

Неплоскостностью называют отклонение от прямолинейности в лю­бом направлении по поверхности (рис. 17.3, б).

Отклонение формы цилиндрических поверхностей оцени­вают в продольном и поперечном сечениях (рис. 17.4 — 17.5). За величину отклонений формы принимают разность наибольшего и наименьшего диаметров. Предельные откло­нения формы ограничивают допусками на диаметр.

Точность взаимного расположения поверхностей. По ГОСТ 14642 — 81 к отклонениям взаимного расположения относят­ся: непараллельность (рис. 17.6, а) и неперпендикулярность

Рис. 17.5. Отклонение формы цилиндрических поверхностей в поперечном сечении

Рис. 17.6. Виды отклонений расположения поверхностей

для плоскостей (рис. 17.6, б), несоосность (рис. 17.6, в), ради­альное и торцовое биение для цилиндрических поверхностей (рис. 17.6, г, д), перекос осей и отклонение от правильного расположения пересекающихся и скрещивающихся осей (рис. 17.6, е — з) и др.

Рис. 17.7. Обозначение на чертежах предельных отклонений формы

Предельные отклонения формы и расположения поверхно­стей указывают на чертежах в виде знаков, символов (ус­ловных обозначений) и текстовых записей (рис. 17.7). Для за­писи отклонений используют выносную прямоугольную рамку, разделенную на две или три части. В первой части (слева) записывают знак отклонения, во второй — числовое значение, а в третьей — буквенное обозначение базы или другой по­верхности. Базы обозначают прописной буквой или зачернен­ным треугольником. Направление линии измерения отклонений указывают стрелкой.

Волнистость и шероховатость. Действительные поверх­ности деталей машин отличаются от номинальных (задан­ных в технической документации) наличием неровностей, образовавшихся при обработке поверхности и обусловленных колебанием инструмента и детали в процессе обработки, дефектами инструмента, особенностями кинематики обраба­тывающего станка и др. Эти периодические неровности на­зывают волнистостью и шероховатостью. К шероховатости относят неровности, у которых отношение шага к высоте неровности менее 50, а к волнистости — от 50 до 1000.

Показатели волнистости и шероховатости определяют по профилограммам, снимаемым профилографом (рис. 17.8).

Рис. 17.8. К определению показателей шероховатости

По ГОСТ 25142 — 82 основными параметрами для оценки шероховатости являются высота Rz неровностей профиля по десяти точкам и среднее арифметическое отклонение про­филя Ra на базовой длине l см. рис. 17.8):

где H_jmax и H_jmin — отклонения пяти наибольших максимумов и минимумов профиля (см. рис. 17.8). Отсчет этих величин - и значений у (х) ведется от базовой линии m — m, имеющей форму номинального профиля поверхности и проведенной так, что среднее квадратическое отклонение профиля от этой линии в пределах базовой длины l минимально.

Шероховатость поверхности существенно влияет на эксплуа­тационные свойства деталей (снижает прочность, коррозионную стойкость, жесткость деталей, увеличивает интенсивность из­нашивания и др.).

При назначении шероховатости поверхности учитывают требования к точности детали, хотя непосредственной связи между ними нет.

Часто принимают, что параметр Rz не должен превы­шать 0,1—0,2 допуска на размер.

Кроме параметров, характеризующих высоту микронеров­ностей, на работоспособность деталей влияют и другие ха­рактеристики (средний шаг по вершинам и по средней ли­нии профиля, относительная опорная длина и др.).

Номинальные числовые значения параметров шерохова­тости указывают на чертежах знаками (рис. 17.9). Знак нарис. 17.9, а не регламентирует вида обработки поверхности. Знаком, показанным на рис. 17.9, б, обозначают поверхности, образуемые удалением слоя материала (точением, шлифо­ванием и т. п.); на рис. 17.9, в — поверхности, не обраба­тываемые после литья, штамповки и других видов пред­варительной обработки. Сведения относительно параметров шероховатости приводятся на чертежах также с помощью знака, показанного на рис. 17.9, г. При этом на месте рамки 1 записывают параметр (параметры) шероховатости по ГОСТ 2789-73 (для Ra без символа, рис. 17.9, д; для ос­тальных параметров после соответствующего символа, рис. 17.9, е). На месте рамки 2 записывают (при необходи­мости) вид обработки поверхности и другие дополнительные указания, а на месте рамок 3 и 4 соответственно ба­зовую длину по ГОСТ 2789-73 (см. рис. 17.9, ж) и условное обозначение направления неровностей.